AT511455A4 - ENERGY SAVING FLOTATION DEVICE AND ENERGY SAVING FLOTATION PROCESS - Google Patents
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Abstract
Den Gegenstand dieser Erfindung bildet eine Flotationszelle (1) bzw. eine Flotationsvorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere zur Abtrennung von Störstoffen und Druckfarbenpartikel ausFaserstoffsuspensionen. Erfindungsgemäß treffen in der Flotationszelle (1) jeweils ein belüfteter erster Teilstrom (4) und ein unbelüfteter zweiter Teilstrom (3) frontal aufeinander, wodurch sich eine turbulente Mischzone (11)ausbildet. Den Gegenstand dieser Erfindung bildet auch ein Flotationsverfahren, das mit der erfindungsgemäßen Flotationszelle bzw. Flotationsvorrichtung durchgeführt wird.The object of this invention is a flotation cell (1) or a flotation device for separating solids from liquids, in particular for the separation of impurities and ink particles from pulp suspensions. According to the invention, in the flotation cell (1) in each case a ventilated first partial flow (4) and an unventilated second partial flow (3) face one another in front, whereby a turbulent mixing zone (11) is formed. The object of this invention is also a flotation process which is carried out with the flotation cell or flotation device according to the invention.
Description
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Energiesparende Flotationsvorrichtung Flotationsverfahren und energiesparendesEnergy saving flotation flotation process and energy saving
Den Gegenstand dieser Erfindung bildet eine Flotationszelle 5 bzw. eine Flotationsvorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere zur Abtrennung von Störstoffen und Druckfarbenpartikel aus FaserstoffSuspensionen.The object of this invention is a flotation cell 5 or a flotation device for separating solids from liquids, in particular for separating impurities and printing ink particles from pulp suspensions.
Den Gegenstand dieser Erfindung bildet auch ein Flotationsverfahren, das mit der erfindungsgemäßen 10 Flotationszelle bzw. Flotationsvorrichtung durchgeführt wird.The object of this invention is also a flotation process, which is carried out with the flotation cell or flotation device according to the invention.
Die Flotation ist ein physikalisch-chemisches Trennverfahren, das in unterschiedlichen Gebieten eingesetzt wird. So ist beispielsweise die Deinking-Flotation ein Verfahren zur 15 Abtrennung von Störstoffen und Druckfarbenpartikel aus insbesondere in der Altpapieraufbereitung hergestellten FaserstoffSuspensionen. Dieses Verfahren ist an die Erzeugung von Gasblasen in geeigneter Menge und Größenverteilung gebunden. Hydrophobe oder mit oberflächenaktiven Stoffen 20 hydrophobierte Feststoffe wie Druckfarbenpartikel oder klebende Verunreinigungen (Stickies) werden durch die anhaftenden Gasblasen an die Flüssigkeitsoberfläche getragen und können dort als Schaum entfernt werden.Flotation is a physico-chemical separation process used in various fields. Thus, for example, deinking flotation is a process for the separation of impurities and printing ink particles from pulp suspensions, in particular in recovered paper processing. This process is linked to the generation of gas bubbles in an appropriate amount and size distribution. Hydrophobic or surfactant-hydrophobicized solids such as ink particles or stickies are carried by the adherent gas bubbles to the liquid surface where they can be removed as foam.
Mit Hilfe der Flotation können auch Erze etc. von taubem, 25 nicht brauchbaren Material, getrennt werden.With the help of flotation also ores etc. can be separated from deaf, non-usable material.
Es sind bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Flotationsvorrichtungen bekannt, so offenbart die EP 1 350 888 eine Flotationsvorrichtung mit mehreren Injektoren, die 30 innerhalb der Flotationszelle angeordnet sind und über die die belüftete FaserstoffSuspension eingebracht wird. Diese Injektoren sind dabei in einer Reihe angeordnet und weisen einen gemeinsamen Diffusor und eine gemeinsame Prallplatte auf.A large number of different flotation devices are already known, EP 1 350 888 discloses a flotation device with a plurality of injectors, which are arranged within the flotation cell and via which the aerated pulp suspension is introduced. These injectors are arranged in a row and have a common diffuser and a common baffle plate.
5 2607-AT Φ v • m5 2607-AT Φ v • m
Die Flotation stellt durch den großen Aufwand an Pumpenergie einen relativ energieintensiven Prozess dar.The flotation is a relatively energy-intensive process due to the large amount of pump energy.
Die in der EP 1 350 888 offenbarte Prallplatte dient im Wesentlichen zur Umlenkung der Stromrichtung von vertikal auf horizontal mit dem Nebeneffekt einer weiteren Vermischung von Luft und Suspension, dabei wird jedoch ein großer Teil der kinetischen Energie in Strömungsturbulenzen dissipiert.The baffle plate disclosed in EP 1 350 888 essentially serves to deflect the direction of flow from vertical to horizontal with the side effect of a further mixing of air and suspension, but a large part of the kinetic energy is dissipated into flow turbulences.
Eine Reduzierung des Energiebedarfs sowie eine Optimierung 10 der Zellgeometrie sind daher erstrebenswert.A reduction of the energy requirement as well as an optimization of the cell geometry are therefore desirable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flotationszelle bzw. eine Flotationseinrichtung bereitzustellen, die energiesparend betrieben werden kann und 15 bei der dennoch eine ausreichende Belüftung gewährleistet werden kann.The invention is therefore based on the object to provide a flotation cell or a flotation, which can be operated energy-saving and 15 in the still sufficient ventilation can be guaranteed.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Flotationszelle, der ein belüfteter erster Teilstrom und ein unbelüfteter zweiter 20 Teilstrom zuführbar sind und zwar so, dass in der mitThis object is achieved by a flotation cell to which a ventilated first partial flow and an unventilated second partial flow can be supplied in such a way that in the with
Flüssigkeit gefüllten Flotationszelle der belüftete erste Teilstrom im Wesentlichen frontal auf den unbelüfteten zweiten Teilstrom trifft. 25 Der belüftete und der unbelüftete Teilstrom prallen also in der Flotationszelle frontal aufeinander. Eine Prallplatte ist hier nicht mehr vorgesehen, vielmehr bildet der unbelüftete Teilstrom die „Prallplatte" für den belüfteten Teilstrom.Liquid-filled flotation cell of the ventilated first partial flow substantially hits the unventilated second partial flow head-on. 25 The ventilated and the non-ventilated partial flow collide head-on in the flotation cell. A baffle plate is no longer provided here, rather the non-ventilated partial flow forms the "baffle plate". for the ventilated partial flow.
Der unbelüftete Teilstrom muss nicht durch einen eigenen 30 Injektor belüftet werden, dadurch wird wesentlich weniger Pump-Energie benötigt.The unventilated partial flow does not have to be vented through its own injector, which means that considerably less pump energy is required.
Durch das Aufeinanderprallen der beiden Teilströme kommt es zur Bildung einer turbulenten Mischzone. Der belüfteteThe collision of the two partial flows leads to the formation of a turbulent mixing zone. The ventilated
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Teilstrom strömt dabei vorzugsweise von unten in die Flotationszelle ein und trifft frontal auf den unbelüfteten Teilstrom, der von oben in die Flotationszelle einströmt.Partial flow preferably flows from below into the flotation cell and hits the unventilated partial flow, which flows from above into the flotation cell.
Zur Belüftung des ersten Teilstroms verwendet man vorzugsweise einen selbstansaugenden Injektor, der sich außerhalb der Flotationszelle befindet und hinsichtlich Lufteintrag und Energiebedarf {Druckverlust) optimiert ist. Der unbelüftete Teilstrom kann frei von oben in die Flotationszelle einströmen oder er wird mit einer Art Düse beschleunigt.For the ventilation of the first partial flow is preferably used a self-priming injector, which is located outside of the flotation cell and is optimized in terms of air intake and energy demand {pressure loss). The unventilated partial flow can flow freely from above into the flotation cell or it is accelerated with a type of nozzle.
Vorzugsweise weist die Flotationszelle einen runden, vorzugsweise kreisrunden, Querschnitt auf. Bei einer kreisrunden Zelle hat die Strömung bzw. der Schaum in alle Richtungen den gleichen Weg, es kommt zu keinen „Undefinierten" Umlenkungen und ein zentraler Injektor im Zentrum würde nicht von benachbarten Injektoren beeinflusst werden.The flotation cell preferably has a round, preferably circular, cross section. In a circular cell, the flow or the foam in all directions the same way, there is no "undefined". Deflectors and a central central injector would not be affected by adjacent injectors.
Es ist auch günstig, wenn sich der Querschnitt der zumindest einen Flotationszelle in vertikaler Richtung nach unten hin verj üngt.It is also advantageous if the cross section of the at least one flotation cell tapers in a vertical direction downwards.
Die Erfindung betrifft auch eine Flotationsvorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten, wobei die Flotationseinrichtung mehrere Flotationszellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist. Die einzelnen Flotationszellen sind dabei in Serie geschaltet, sodass eine Akzeptleitung einer vorangehenden Flotationszelle eine Zuleitung für eine nachfolgende Flotationszelle bildet.The invention also relates to a flotation device for separating solids from liquids, wherein the flotation device has a plurality of flotation cells according to one of claims 1 to 5. The individual flotation cells are connected in series, so that an accept line of a preceding flotation cell forms a supply line for a subsequent flotation cell.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Flotationszellen übereinander angeordnet sind. In dieser „Turmflotation" kann 4It is advantageous if the individual flotation cells are arranged one above the other. In this "tower floatation" can 4
2607-AT * · · * #»·«; « * « · ***· · ··«* der Akzeptstrom am Boden einer Flotationszelle einfach weiter in die darunterliegende Zelle strömen. Der zu belüftende erste Teilstrom wird dabei vor der darunterliegenden Flotationszelle abgezweigt und über einen Injektor belüftet.2607-AT * · · * # »·«; "*" · *** · ·········································································································································· The first partial flow to be ventilated is branched off in front of the underlying flotation cell and ventilated via an injector.
Die Höhendifferenz zwischen den Flüssigkeitsniveaus zweier übereinander liegender Zellen würde für eine ausreichende Ausströmgeschwindigkeit sorgen. Man müsste dann den gesamten Zulaufstrom nur einmal auf das höchste Niveau pumpen. Nur die belüfteten Teilmengen müssten den Widerstand der Injektoren überwinden, hierzu würde jeweils eine Pumpe verwendet.The height difference between the liquid levels of two superimposed cells would provide sufficient outflow velocity. One would then have to pump the entire feed stream only once to the highest level. Only the ventilated subsets would have to overcome the resistance of the injectors, this would each use a pump.
Den Gegenstand der Erfindung bildet auch ein entsprechendes Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten mittels Flotation in zumindest einer Flotationszelle, insbesondere zur Abtrennung von Störstoffen und Druckfarbenpartikel aus FaserstoffSuspensionen. Die zu flotierende Flüssigkeit wird dabei in zumindest zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein erster Teilstrom belüftet und ein zweiter Teilstrom nicht belüftet wird. Der belüftete erste Teilstrom trifft in der mit Flüssigkeit gefüllten Flotationszelle im Wesentlichen frontal auf den unbelüfteten zweiten Teilstrom, sodass sich in diesem Bereich eine turbulente Mischzone bildet.The subject of the invention also forms a corresponding method for separating solids from liquids by means of flotation in at least one flotation cell, in particular for the separation of impurities and ink particles from pulp suspensions. The liquid to be floated is divided into at least two partial streams, wherein a first partial flow is vented and a second partial flow is not ventilated. In the liquid-filled flotation cell, the ventilated first partial flow strikes the unaerated second partial flow essentially head-on, so that a turbulent mixing zone forms in this region.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens strömt der erste belüftete Teilstrom in der Flotationszelle vertikal nach oben und prallt in der Flotationszelle auf den unbelüfteten zweiten Teilstrom, der vertikal von oben nach unten in die Flotationszelle strömt.In an advantageous embodiment of the method, the first vented partial flow in the flotation cell flows vertically upwards and bounces in the flotation cell on the unaerated second partial flow, which flows vertically from top to bottom in the flotation cell.
Es ist günstig, wenn der erste Teilstrom über einen Injektor außerhalb der Flotationszelle belüftet wird.It is favorable if the first partial flow is ventilated via an injector outside the flotation cell.
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Vorzugsweise sind mehrere Flotationszellen vorgesehen, wobei in jeder Flotationszelle die turbulente Mischzone gebildet wird und wobei aus einem Akzeptstrom einer vorangehenden Flotationszelle der belüftete erste Teilstrom und der unbelüftete zweite Telstrom für die nachfolgende Flotationszelle gebildet wird.Preferably, a plurality of flotation cells are provided, the turbulent mixing zone being formed in each flotation cell, and the aerated first substream and the unaerated second Telstrom being formed for the subsequent flotation cell from an accept flow of a preceding flotation cell.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:In the following the invention will be described with reference to drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische (Seitenansicht) einer erfindungsgemäßen Flotationszelle;Fig. 1 is a schematic (side view) of a flotation cell according to the invention;
Fig. 2 eine schematische (Seitenansicht) der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung mit mehreren übereinander angeordneten Flotationszellen;2 shows a schematic (side view) of the flotation device according to the invention with a plurality of flotation cells arranged one above the other;
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren beziehen sich auf jeweils gleiche Bauteile.The same reference numerals in the individual figures refer to the same components.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Flotationszelle 1 dargestellt. Die Flotationszelle 1 ist mit der zu flotierenden Flüssigkeit 2, beispielsweise einer verunreinigten FaserstoffSuspension, gefüllt. Die Flotationszelle 1 hat einen kreisrunden Querschnitt und erweitert sich im vorliegenden Beispiel nach oben hin kegelförmig. Im oberen Bereich der Flotationszelle 1 ist eine Schaumrinne 9 angeordnet, sie umgibt die Flotationszelle 1 ringförmig.FIG. 1 shows the flotation cell 1 according to the invention. The flotation cell 1 is filled with the liquid 2 to be floated, for example a contaminated pulp suspension. The flotation cell 1 has a circular cross section and widens conically in the present example at the top. In the upper part of the flotation cell 1, a foam channel 9 is arranged, it surrounds the flotation cell 1 annularly.
Der Flotationszelle 1 werden zwei Teilströme 3 und 14 zugeführt. Diese Teilströme 3, 14 bestehen aus der zu flotierenden Flüssigkeit 2. Der erste Teilstrom 14 wird durch einen Injektor 5 mit Luft 15 belüftet. Bei dem Injektor 5The flotation cell 1, two partial streams 3 and 14 are supplied. These partial streams 3, 14 consist of the liquid 2 to be floated. The first partial stream 14 is aerated by an injector 5 with air 15. In the injector 5
2607-AT 6 * · kann es sich beispielsweise um einen selbstansaugenden Inj ektor handeln, also um einen Injektor, bei dem die zu flotierende Flüssigkeit durch eine Düse ausströmt und über den Bernoullieffekt Luft ansaugt. 52607-AT 6 * · may, for example, be a self-priming injector, ie an injector in which the liquid to be flooded flows out through a nozzle and draws in air via the Bernoullie effect. 5
Der belüftete erste Teilstrom 4 wird über die erste Zuleitung 20 von unten bzw. von der Seite her in die Flotationszelle 1 eingeleitet, sodass der belüftete Teilstrom 4 vertikal nach oben aus der Austrittsöffnung 22 der ersten Zuleitung 20 10 austritt- Der unbelüftete Teilstrom 3 wird über die zweite Zuleitung 19 von oben in die Flotationszelle 1 eingeleitet. Die Austrittsöffnung 21 der zweiten Zuleitung 19 ist der Austrittsöffnung 22 der ersten Zuleitung 20 gegenüberliegend angeordnet. 15The vented first partial flow 4 is introduced via the first supply line 20 from below or from the side into the flotation cell 1, so that the vented partial flow 4 vertically upwards from the outlet opening 22 of the first supply line 20 10 emerges- The unventilated partial flow 3 is about the second supply line 19 is introduced from above into the flotation cell 1. The outlet opening 21 of the second supply line 19 is arranged opposite the outlet opening 22 of the first supply line 20. 15
Im Betrieb prallen der belüftete erste Teilstrom 4 und der unbelüftete zweite Teilstrom 3 frontal aufeinander und bilden so eine turbulente Mischzone 11.In operation, the ventilated first partial flow 4 and the unaerated second partial flow 3 collide head-on, forming a turbulent mixing zone 11.
Unterhalb der turbulenten Mischzone 11 befindet sich eine 20 Beruhigungs- und Ausgaszone 12. Am Boden der Flotationszelle 1 unterhalb der Zone 12 befindet sich die Akzeptleitung 23, durch die der Akzeptstrom 6 abgezogen wird. Über der turbulenten Mischzone 11 befindet sich die 25 Sammlerzone 10, in der sich die Luft ausbreiten kann und genügend Zeit hat den Flotationsschaum 8 oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 17 auszubilden. Der mit Störstoffen und Druckfarbenpartikel angereicherte Flotationsschaum 8 sammelt sich in der Schaumrinne 9, von dort wird der Überlauf 30 7 abgeführt.Below the turbulent mixing zone 11 is a calming and outgassing zone 12. At the bottom of the flotation cell 1 below the zone 12 is the accepting line 23, through which the accepting stream 6 is drawn off. Above the turbulent mixing zone 11 is the collector zone 10, in which the air can spread and has sufficient time to form the flotation foam 8 above the liquid surface 17. The enriched with impurities and ink particles flotation foam 8 collects in the foam channel 9, from there the overflow 30 7 is discharged.
Figur 2 zeigt eine Flotationsvorrichtung, bei der mehrere Flotationszellen 1 übereinander in einer Turmbauweise angeordnet sind. In jeder dieser Flotationszellen 1 treffen ein belüfteter erster Teilstrom 4 und ein unbelüfteter 5FIG. 2 shows a flotation device in which a plurality of flotation cells 1 are arranged one above the other in a tower construction. In each of these flotation cells 1, a ventilated first partial stream 4 and an unvented 5 meet
2607-AT ··« · ··»·· • * 8 * ·» · · * « | zweiter Teilstrom 3 aufeinander. Der Akzeptstrom 6 einer vorangehenden Flotationszelle 1 bildet dabei den Zulauf 23 für die nachfolgende Flotationszelle 1. Dieser Zulauf 23 wird dabei in einen ersten Teilstrom 14 und in einen zweiten Teilstrom 3 aufgeteilt. Der erste Teilstrom 14 wird dann durch den Injektor 5 mit Luft 15 belüftet. Da der erste Teilstrom 14 im Injektor 5 einen gewissen Strömungswiderstand überwinden muss, ist vor dem Injektor 5 jeweils eine Pumpe 13 angeordnet. 102607-AT ·· «···» ·· • * 8 * · »· · *« | second sub-stream 3 to each other. In this case, the accept stream 6 of a preceding flotation cell 1 forms the inlet 23 for the subsequent flotation cell 1. This inlet 23 is divided into a first partial stream 14 and a second partial stream 3. The first partial flow 14 is then aerated by the injector 5 with air 15. Since the first partial flow 14 in the injector 5 must overcome a certain flow resistance, a pump 13 is arranged in each case before the injector 5. 10
Im vorliegenden Beispiel in Fig. 2 ist die Höhendifferenz 16 zwischen zwei übereinander angeordneten Flotationszellen 1 ausreichend, um für eine ausreichende Ausströmgeschwindigkeit des unbelüfteten zweiten Teilstroms 3 zu sorgen.In the present example in FIG. 2, the height difference 16 between two mutually superimposed flotation cells 1 is sufficient to ensure a sufficient outflow velocity of the unaerated second partial stream 3.
In der Akzeptleitung 23 einer jeden Flotationszelle 1 ist ein Regelventil 24 angeordnet, das durch einenIn the accept line 23 of each flotation cell 1, a control valve 24 is arranged, which by a
Flüssigkeitsstandregler 18 geregelt wird, dadurch kann eine konstante Füllstandshöhe in den einzelnen Flotationszellen 1 20 beibehalten werden.Liquid level controller 18 is controlled, thereby maintaining a constant level height can be maintained in the individual flotation cells 1 20.
Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dar. Die Erfindung umfasst auch andere Ausführungsformen, bei 25 denen beispielsweise die einzelnen Flotationszellen 1 nebeneinander angeordnet sind. Der unbelüftete Teilstrom 3 müsste in einer derartigen Zellen-Konfiguration zwar ebenso von einer Zelle zur nächsten gepumpt werden, allerdings mit minimaler Förderhöhe. 30The embodiments illustrated in the drawings represent only a preferred embodiment of the invention. The invention also includes other embodiments, in which, for example, the individual flotation cells 1 are arranged next to one another. Although the unaerated partial flow 3 would also have to be pumped from one cell to the next in such a cell configuration, but with a minimum delivery height. 30
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